9.5.3. Преобразователь ток-напряжение
П
реобразователь
ток-напряжение это устройство, которое
преобразует ток в напряжение. Его
условное обозначение и принципиальная
схема на ОУ приведены на рис. .:
В простейшем случае такое преобразование осуществляет резистор R по схеме приведенной на рис.
Напряжение и ток связаны соотношением U=IRн при этом должно выполняться соотношение Ri>>Rн.
Однако когда резисторы Ri и Rн становятся соизмеримыми по величине резко возрастает погрешность преобразования.
Этого недостатка лишена схема на ОУ. Благодаря обратной связи эта схема имеет почти нулевое входное сопротивление. А потому преобразование тока в напряжение происходит практически при любом сопротивлении Ri
У
становим
связь между входным током и выходным
напряжением для схемы на ОУ.
Для узла «а» по первому закону Кирхгоффа запишем соотношение для токов:
Iвх=Iос+Iоу
Учитывая, что входы ОУ виртуально замкнуты (Iоу=0, U+вх=U–вх=0), запишем по закону Ома соотношение для тока Iос= -Uвых/R и разрешив его относительно Uвых, получим
Uвых = -Iвх/R.
9 .5.4.. Инвертирующий сумматор
Это устройство, у которого выходное напряжение равно алгебраической сумме входных напряжений, взятой с противоположным знаком (рис.5). Его условное обозначение и принципиальная схема на ОУ приведены на рис. .:
Установим связь между выходным и входными сигналами этой схемы. Если считать, что ОУ идеальный т.е. Iоу=0 и U+вх=U–вх=0, то при подаче на его входы напряжения U1, U2,..., Un, для узла «а» по первому закону Кирхгоффа можно записать, что
Iвх = I1 + I2 +...+ In = Iос ,
Расписав каждый из токов по закону Ома: I1 = U1/ R1, I2 = U2/ R2 ,..., In = Un/Rn, Iос =-Uвых/Rос , получим выражение связывающее входные и выходное напряжения
Uвых=-Rос(U1/R1+ U2/R2+ ...+ Un/Rn)
6.5. Дифференциальный усилитель.
Э
то
усилитель, в котором выходное напряжение
пропорционально разности входных
сигналов Uвх2
и Uвх1
(рис.6). ). Его условное обозначение и
принципиальная схема на ОУ приведены
на рис. .:
Установим связь между выходным и входными сигналами этой схемы. Для узла «а» по первому закону Кирхгоффа можно записать, что
Iвх = Iос + Iоу
Если считать, что ОУ идеальный т.е. Iоу=0 и U–вх=U+вх=Uвх2R2/(R1+R2) , то записав токи по закону Ома (Iвх=(Uвх1- U–вх)/R1 а Iос=(U–вх-Uвых)/R2) получим выражение связывающее выходное и входное напряжения примет вид
Uвых=R2/R1(Uвх2-Uвх1).
Идеальный разностный усилитель при подаче на оба входа одинаковых напряжений, т.е. Uвх1 = Uвх2 , имеет на выходе напряжение равное нулю. Такие входные напряжения называются синфазными Ucc. В общем случае синфазный сигнал представляет собой среднее значение двух входных напряжений, т.е. Ucc= (Uвх1+Uвх2)/2. Если Uвх1=-Uвх2, то Ucc= 0.
Разность двух входных напряжений называется дифференциальным сигналом Uдс=Uвх2-Uвх1. Поскольку усилитель разности усиливает только разностный (дифференциальный) сигнал, то такой усилитель часто называют дифференциальным усилителем.
9.5.6. Дифференцирующий усилитель
Д
ифференцирующий
усилитель, это устройство, в котором
входное и выходное напряжение связано
соотношением (рис. )
Uвых=KdUвх/dt . (7)
Простейшие дифференцирующие цепи (например RC–цепь) выполняют эту операцию со значительными погрешностями, причем с повышением точности дифференцирования существенно уменьшается уровень выходного сигнала.
Схема дифференцирующего усилителя на ОУ приведена на рис.7. Установим связь между выходным и входным напряжениями этой схемы. Для узла «а» по первому закону Кирхгоффа можно записать, что
Iвх = Iос + Iоу
Если считать, что ОУ идеальный, т.е. Iоу=0 и U+вх=U–вх=0, то записав токи по закону Ома (Iвх=Iс= Сd(Uвх–U–вх)/dt, а Iос=(U–вх–Uвых)/R2) получим выражение связывающее выходное и входное напряжения
Uвых=-RосC dUвх/dt , (8)
где RосС= – постоянная времени дифференцирующего усилителя.
Коэффициент передачи дифференцирующего усилителя определяется выражением
К(j) = Uвых/ Uвх = j =K()e j() , (9)
где K()= – амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); ()=/2 – фазо-частотная характеристика (ФЧХ) коэффициента передачи.